夜战是要经受过一定训练和实战经验积累的
当时红军对是不是打山城堡也有所犹豫，因为他们也知道中央军修筑了防御工事。当时负责主攻的红一军团一些指挥官就认为不应该再强攻，他们对军团政委聂荣臻说：“敌人已经把野战工事搞好了，打还是不打？”
政委聂荣臻和军团长左权商量了一下，说：“部队都已经展开了，怎么还考虑打不打呢？好打也要打，不好打也要打。至于说到敌人抢修了一些野战工事，这是部队野战时驻下后的常规。没有听说一个部队驻在一个地方不构筑工事而能安心睡觉的，这种野战工事都比较简单。”
在第一线的红一军团军官在观察中央军工事以后，也觉得很难打，打的话就是强攻，不是红军擅长的。他们从前沿打电话向聂荣臻报告，也说不能打。
左权，聂荣臻对着话筒说：“部队都展开了，你还讲不能打，怎么不能打？我们单独打，把西征、东征扩大的部队作为代价，来打这个战役。”接着左权，聂荣臻打电话给总指挥彭德怀说明他们的犹豫，彭德怀直截了当的回答：这些不要考虑，立即发动进攻！
红军以红15军团和红1军团2师不下1万多兵力攻击山城堡西北的哨马营。如果哨马营失守，232旅的后退道路就被切断。两军激烈交战，232旅全旅不过5000人，守哨马营的不过2000多人。
哨马营位于山城堡西部，232旅在哨马营的每个山头上都修筑了碉堡工事，控制着由山城堡向西通向豫旺堡的道路。突然遭到红军的进攻，国军依托工事，利用轻、重机枪严密封锁道路，阻止红军的进攻。中央军第一军的轻重机枪众多，火力非常凶猛，没有重武器的红军多次冲击不利。
红1军团2师师长是杨得志，他看出国军土木碉堡工事由于修筑仓促，碉堡之间相距很远，无法互相支援。随即杨得志决定采用各个击破的战术，以数人一组的爆破小分队突击，其他战士以火力压制，隐蔽前进一个个炸掉碉堡。这样的效果很明显，伤亡也小，但毕竟耗费大量时间。
双方激战到黄昏，都有一定伤亡。此时哨马营大部分阵地已经被红军攻陷，一度差点全部崩溃。
这边丁德隆师长立即向胡宗南汇报232旅被伏击，胡宗南大吃一惊。他此时发现他突前的两个师四散在环县附近广阔的区域中，第1师的两个旅都在远离山城堡的北边，其中第1旅还遭遇了红军的阻击。
所以胡宗南赶忙命令丁德隆先派78师另外的第234旅赶往救援。丁德隆表示自己兵力太少，全师兵力不过1万人，怕不是敌不过红军4，5万人的大军。东北军按照计划应该有至少4个步兵师在附近，总兵力不下3万人，希望他们能够给予救援。
胡宗南随即向王以哲求援，但王表示自己和前方部队失去联络，无法知道东北军各师在哪里，也无法下达命令。
东北军靠不上，只能靠自己了。胡宗南命令各部向山城堡集结，同时命令232旅要坚守住一天一夜，只要能够坚守一天，援军就会赶到。在胡宗南的严令下，丁德隆的第234旅谢义峰468团前来支援，帮助廖昂稳住阵脚。
廖昂此时认为死守肯定全军覆没，命令该旅立即突围。晏俭团长此时还要坚持，认为连夜突围，如果遭遇红军夜袭会全军溃散的，不如固守待援。廖昂训斥晏俭道：如果不是当初听你的，现在说不定已经突围走了。现在士兵很多一两天没有喝过一口水了，弹药耗尽，干粮也吃光了，还怎么坚持？
晏俭不敢再说，该旅火速放弃阵地撤退，山城堡随即被红军占领。
但此举又是一个大失败，用兵最大的忌讳就是战前仓促变阵。232旅在撤退时候突然遭遇红1军团第1师，第4师和红31军主力连夜突袭。由于撤退期间被伏击，并没有任何阵地可以凭借，全军产生混乱，被包围在山城堡西北山谷中。
这下不但被包围，也失去了坚固阵地，地形又对红军极为有利。这时候天已经黑，彭德怀下令总攻，红军数万主力蜂拥出击，中央军兵力不及，夜里火力优势又无法发挥。
夜色中，双方能见度只有1，2米，满地都是齐膝盖高的积雪。红军战士擅长夜战，而胡宗南部一向有火力优势，是会尽量避免夜战的，所以夜战经验不足。
激战到第二天上午9点，晏俭团长在混战中阵亡，232旅兵员损失严重。廖昂旅长此时发现山城堡附近沟壑众多，到处都有缺口，他和周保团长等几个军官带领剩下的部队绕过红军突击部队，从红十五军团的一个空隙中逃了出来。
此战廖昂232旅伤亡大约有3000多人，阵亡一个团长，但部队还是突围了一半出来（其中有不少伤兵），没有被成建制歼灭。
胜利虽小，影响却大
这边胡宗南部左路第1旅李正先部在行至大水坑地区也遭到红28军的阻击，被迫向后撤退。
胡宗南令全军收缩集结于惠安堡、同心城一线，进行休整，准备再次进攻。彭德怀也集中主力，准备迎接胡宗南的进攻。
此战最大的功臣就是东北军67军军长王以哲，如果他按照蒋介石命令率领东北军4个师和中央军一同行军，红军就不可能有机会围歼232旅。即使包围了232旅，也无法从容的作战。
由于此战的惨败，蒋介石下令将作战不利的第78师师长丁德隆与第232旅旅长廖昂撤职。除了处分自己人以外，蒋介石对王以哲极为痛恨，他认为从山城堡战役明确得知王以哲和红军勾结，居然敢于公然违抗军令。
蒋介石准备直接命令张学良将王以哲以失地纵匪罪押送南京处决，但身边幕僚如陈诚等人劝告蒋，现在既然已经准备对东北军动手，就没必要先杀张学良最亲信的大将王以哲，打草惊蛇。
蒋介石权衡了一下，没有下达这个命令，但在之后面见王以哲的时候，仍然大骂：王军长，你不遵守我的命令，就是抗命，你怎么当的军人！你的军队里面有电台跟红军联络，你以为我不知道？
把王以哲吓的不敢说话，张学良得知也惊恐不已！
可以说山城堡此战不过歼灭中央军一个旅3000多人，还远不如当年在包座几乎打垮了胡宗南的一个师，但山城堡仍然有着相当大的意义。
第一，对于红军来说，山城堡战役表明自己不是不堪一击的弱旅，只能等待被中央收编。此战也稍微稳定了苏区的形势，让红军暂时站住了脚。虽然后来胡宗南继续集中4个师重新向苏区进攻，但毕竟争取了时间。陈果夫和红军谈判时候要求收编红军，只留下3000人，师长以上一律出国。此战结束以后，陈果夫提出可以保留红军3万人，师长等军官保留原有职位。如果山城堡战役失败，红军被迫撤离苏区，离开陕西。再给张扬十个胆子，恐怕他们也不敢活捉蒋介石。
第二，山城堡战役最受打击的是东北军。蒋介石通过山城堡战役彻底明白了东北军和红军互相勾结，也彻底决定了要想消灭红军，必须先解决东北军，十七路军的念头。山城堡战役结束10天以后，蒋介石让张杨选择是继续剿共，还是被调离陕西，东北军去福建，十七路军去河南。所谓剿共就等于《水浒传》里面利用宋江打方腊，让两军互相消耗，最终毁灭。而两军调离陕西，就等于是消灭两军了。十七路军当时只剩下地盘，部队战斗力差，不可靠，如果调离陕西的地盘，自己就等于垮了。而东北军调到当时还很贫穷的福建，基本上就是再走当年十九路军在福建的老路，最终会被中央轻松的吃掉。张杨自然不愿意坐以待毙，拼死反击，山城堡战役结束差不多三周后，惊天动地的西安事变爆发。
第三，蒋介石通过此战认为对付红军还是需要稳扎稳打，必须保持兵力上的绝对优势，开始调动中央军各部大军集结陕西，赶赴西北和准备赶赴西北的中央军，总兵力不下30万之众。此举更让张扬两人焦躁不安，认为蒋介石很快就会动手了，最终下了不是鱼死就是网破的决心。
